1. 압연 가공의 개요
먼저 압연의 정의부터 살펴보도록 하겠습니다. 압연 이란, 소성 변형이 비교적 잘되는 금속 재료를 열간 또는 냉간에서 회전하는 2개의 로울 사이로 통과시켜 두께나 단면을 줄이고, 길이를 늘여서 여러 가지 형태의 봉재, 판, 관 등으로 만드는 가공 방법입니다. 압연은 주조, 단조에 비하여 작업이 빠르고, 생산비가 적게 들며, 재질이 균일한 특징을 가지고 있습니다.
1) 열간 압연(hot rolling)의 장점
고온에서 재료가 연화하여 저항이 작고 소재 유동이 잘 되므로 작은 동력으로 큰 변형을 줄 수 있고, 재결정 온도 이상에서 압연하므로 재질의 균질화가 이루어집니다.
2) 냉간 압연 (cold rolling)의 장점
제품의 치수를 정확히 할 수 있고, 압연된 재료의 표면이 깨끗하며, 결정 입자의 미세화가 일어나 기계적 성질이 우수한 것이 냉간 압연의 장점 입니다.
2. 분괴 압연(壓延, blooming)
주괴를 가공하여 단면적을 줄여 중간 제품으로 만드는 압연을 분괴 압연이라 합니다. 주괴시 주괴에 생기는 수축관, 기포 등의 결함을 압착시켜 균등한 성질을 주고 원하는 형상, 치수의 강 편으로 압연합니다.
분괴 압연은 철강 공장과 압연 공장과의 중간에 위치하여 큰 소재의 주괴를 열간 압연하여 반제품, 슬래브, 블루움(bloom) 및 빌릿(billet)으로 만들어집니다. 반제품은 크기와 모양에 따라 구별되며, 슬래브는 폭이 두께의 2배 이상입니다. 블루움(단면적 225 cm² 이상)과 빌릿(25~150 cm² 정도)은 정사각형 모양이고 판으로 압연되는 직사각형의 것을 슬래브(slab) 또는 사이트 바아(sheet bar)라 하는데 슬래브는 두꺼운 판 제조용이고, 시이트 바아는 얇은 판 제조용입니다.
중간 제품을 다시 압연하여 완전한 제품을 만드는 최종 압연을 완성 압연이라 합니다. 조질압연이란 뜨임 처리를 한 후의 냉간 압연(間壓延) 강판은 너무 연질이거나 가공 중에 줄무늬 같은 변형 무늬가 생기므로 이것을 제거하고 경도(硬度)를 향상하기 위하여 가벼운 압력으로 냉간 압연하는 것을 말합니다. 이를 템퍼 롤링(temper rolling), 스킨 패스(skin pass)라고도 합니다.
3. 형재와 선재의 압연
형재와 선재의 압연 방법을 알아보도록 하겠습니다. 분괴 압연에 의해서 형상이 정해진 강 편 중에서 조강용의 빌릿을 가열하여 2단 또는 3단의 조강용 압연기로 냉간 가공을 합니다. 조강용 로울에는 환강, 각강, 형강 등의 형상에 알맞은 공형(孔型)이 빠져 있고 수회 내지 수십 회 패스(pass)의 열간 압연이 행해지게 되는데 이것이 형재와 선재의 압연 방법입니다.
4. 판재의 압연
판재 압연의 판은 강판용으로 분괴 압연된 것을 2단 또는 4단 압연기에 넣어서 만들어지게 됩니다. 6mm 이상의 두께의 것을 후판(板), 3-6mm를 중 후판(中厚板), 3mm 이하를 박판(板)이라 하며 그 목적에 따라 열간 또는 냉간 압연을 합니다.
판재의 열간 압연에 의한 후강판 구조물, 교량, 선박 등에 사용되는 것과 pull over 압연이기에 의한 두께 1.2~13mm 정도까지의 코일을 제조하는 냉간 압연용 후판, 도금원판용 소재, 고장력강의 프레스 가공용 소재 등이 있습니다. 압연 방식은 하나의 압연기로 소재를 왕복시키는 것과 2개 또는 그 이상의 스탠드를 늘어놓은 완전연속식, 반연속식 및 3/4 연속식 등으로 분류하게 됩니다.
판재의 냉간 압연에 대해 알아보겠습니다. 판재의 냉간 압연은 열간 압연 코일을 연속식 방법으로 스케일을 제거한 후에 상온에서 압연하는 작업을 말합니다. 냉간압연은 열간 압연 박판의 냉간 교정, 냉간 압연, 냉간 압연박판의 냉간 조질 압연으로 분류할 수 있습니다.
냉간 압연의 목적은 두께를 얇게 하는 것(25~29%) 및 미끈하고 치밀한 표면을 만든 것입니다. 또 후속열처리를 행하거나 열처리 없이 기계적 성질을 조정하기 위해 냉간 압연을 하기도 합니다.
열간 압연 강판에 비하여 냉간 압연 강판 제품의 특징을 비교해 보도록 하겠습니다. 스케일 부착이 없고, 결함이 아주 적으며 미려하고 판두께의 정밀도가 높아집니다. 박강판의 제조가 가능하며, 0.1mm 이하의 것도 제조도 가능해집니다. 냉간 압연 후 전해 청정, 풀림 및 조질 압연 등의 처리를 함으로써 기계적 성질이나 가공성이 좋고, 표면처리를 하게 되면 내식성 및 표면성상이 우수해집니다. 또 변형 저항이 크기 때문에 압연 작업이 어려울 수밖에 없습니다.
냉간 압연에 영향을 주는 요인이 있습니다. 바로 압연 재료, 압연 속도, 윤활 조건, 로운의 재질과 형태와 압연기의 전·후방의 장력(front and back tension)이 냉간 압연에 영향을 줄 수 있습니다.
5. 관(pipes & tubes)의 압연
관의 압연을 살펴보기 위해 먼저 관의 제조 방법을 알아보도록 하겠습니다.
소재에 구멍을 뚫은 압출 가공법, 압연 가공법에 의해서 만들어지게 되는데 제관 설비에는 압연에 의한 제관과 용접에 의한 제관으로 구분합니다. 관 중에 통쇠(seamless tube)는 강편관재 등의 소재를 가열한 후 천공기로 그 중심에 구멍을 뚫어 중공조재(中粗材)를 만든 다음 그 구멍에 플러그(plug)를 넣은 채로 특별한 구조의 압연기에 걸어서 외측을 압연하여 소정의 두께와 굵기의 관을 만들고, 다시 마관(磨管) 롤과 교정기 등을 거치면 최종 제품이 됩니다.
단접 강관(butt welded tube)이란 소재인 대강(帶鋼)을 약 1400℃의 고열로 가열하고 연속식 단접기로 나팔모양을 한 die 구멍을 통하여 인발 하여 대강을 관모 양으로 성형함과 동시에 양 끝을 로울로 압착시켜 제조합니다.
용접 강관(welded tube)은 대강 또는 강판을 상온에서 제관 로울로 써 관모양으로 형성하고, 그 접합부를 전기 용접 또는 가스 용접으로 접합시킨 것을 말합니다. 소경관이나 중경관 제조에 용접 강관을 많이 이용한다.
스파이럴(spiral) 강관, UO프레스(UO press) 강판은 안 지름이 350mm 이상되는 대경관(大經管)으로 주로 송유관이나 구조용 관에 사용하게 됩니다. spiral강판은 폭이 넓은 대강을 나선모양으로 감으면서 접합부를 용접한 것으로써 여러 가지 구경(徑)의 것을 마음대로 선택하여 만들 수 있고 강도도 높습니다. 또 UO프레스강관은 두께 6mm 이상의 후판을 소재로 하여 먼저 U형 프레스로 U자형으로 구부린 다음 O형 프레스로써 원형으로 성형하고 그 이음매를 내외면에서 잠호용접(submerged arc welding) 한 것입니다.
6. 특수 압연법
특수 압연법 중에 하나인 헌터법(Hunter method)은 Al 용탕을 회전하고 있는 로울의 아랫 방향으로부터 공급하여 로울에 의해서 직접강판으로 주조하는 방법으로 Al 합금판의 생산에 사용합니다. 프로퍼지법은 AI 용탕을 주괴로 주조하여 그대로 압연기에서 봉으로 압연하는 방법으로 전선용 알루미늄 로드의 제조에 사용되고 있습니다.